Kaikki meistä ovat kuulleet varoituksia varmistaaksemme, että olemme asianmukaisesti maadoitettuja työskennellessämme sähköisissä laitteissamme, mutta tekniikan kehitys vähentää staattisen sähkövahingon ongelmaa vai onko se edelleen yhtä yleistä kuin aiemmin? Tänään SuperUser Q & A -postilla on kattava vastaus utelias lukijan kysymykseen.
Tämän päivän kysymys- ja vastausistunto tulee meihin SuperUserin hyväksi - Stack Exchangein alaosasto, joka on yhteisöllinen Q & A-sivustojen ryhmittely.
Kuva Jared Tarbellilta (Flickr).
SuperUser-lukija Ricku haluaa tietää, onko staattinen sähkövahinko edelleen valtava ongelma elektroniikan kanssa nyt:
Olen kuullut, että staattinen sähkö oli iso ongelma pari vuosikymmentä sitten. Onko se vielä iso ongelma nyt? Uskon, että on harvinaista, että henkilö "pudottaa" tietokoneen komponentti nyt.
Onko staattinen sähkövahinko edelleen suuri ongelma elektroniikan kanssa nyt?
SuperUser-avustaja Argonautsilla on vastaus meille:
Teollisuudessa sitä kutsutaan elektro-staattiseksi purkaukseksi (ESD) ja se on paljon enemmän ongelma kuin koskaan aikaisemmin. vaikka sitä on jonkin verran lieventänyt melko äskettäin hyväksytty politiikka ja menettelyt, jotka auttavat vähentämään ESD-tuotteiden todennäköistä vahinkoa. Riippumatta sen vaikutus elektroniikkateollisuuteen on suurempi kuin monet muut koko toimialat.
Se on myös valtava tutkimusaihe ja hyvin monimutkainen, joten kosketin vain muutamia kohtia. Jos olet kiinnostunut, on olemassa lukuisia vapaita lähteitä, materiaaleja ja aiheita. Monet ihmiset omistavat uransa tähän alueeseen. ESD: n vahingoittamilla tuotteilla on erittäin todellinen ja erittäin suuri vaikutus kaikkiin elektroniikkateollisuuden yrityksiin, olivatpa ne sitten valmistaja, suunnittelija tai "kuluttaja", ja kuten monet asiat käsittelivät alalla, sen kustannukset kulkeutuvat meille.
ESD-yhdistyksestä:
Koska laitteet ja niiden ominaisuuksien koko pienenevät jatkuvasti, ne ovat alttiimpia ESD: n vahingoittumiselle, mikä on järkevää hieman ajatuksen jälkeen. Elektroniikan rakentamiseen käytettyjen materiaalien mekaaninen lujuus vähenee yleensä niiden koon pienentyessä, samoin kuin materiaalin kyky vastustaa nopeita lämpötilamuutoksia, joita yleensä kutsutaan lämpömuotoisiksi (kuten makro-asteikko-olosuhteissa). Noin vuonna 2003 pienimmät piirikokot olivat 180 nm: n alueella ja nyt lähestymme nopeasti 10 nm.
ESD-tapahtuma, joka 20 vuotta sitten olisi ollut vaaratonta, voisi tuhota modernin elektroniikan. Transistoreissa porttimateriaali on usein uhri, mutta muutkin nykyiset kantaelementit voidaan höyrystää tai sulattaa. Juotos IC: n nastoilla (pintaliitos, joka on samanlainen kuin Ball Grid Array on paljon yleisempi näinä päivinä) PCB: ssä voidaan sulattaa ja piin itsessään on joitakin kriittisiä ominaisuuksia (erityisesti sen dielektristä arvoa), joita voidaan muuttaa korkealla lämmöllä . Kaiken kaikkiaan se voi vaihtaa piirin puolijohteesta aina johdin, joka yleensä päättyy kipinä ja huono tuoksu, kun siru on kytketty päälle.
Pienemmät ominaiskokot ovat melkein täysin positiivisia useimmista metristen näkökulmista; kuten käyttö / kellonopeudet, joita voidaan tukea, virrankulutus, tiiviisti kytketty lämmöntuotto, jne., mutta herkkyys sille, mitä muutoin voitaisiin pitää triviaaleina energiamäärinä, kasvaa myös suuresti, kun ominaisuuskoko laskee.
ESD-suojaus on rakennettu moniin elektroniikka-alueisiin tänään, mutta jos sinulla on 500 miljardia transistoria integroidussa piirissä, ei ole vaikeasti määriteltävä, mihin polkuun staattinen purkaus vie 100 prosentin varmuudella.
Ihmiskehoa on joskus mallinnettu (ihmiskehon malli, HBM), jolla on 100-250 picofaradia kapasitanssia. Tässä mallissa jännite voi saada korkeinta (lähteestä riippuen) kuin 25 kV (vaikka jotkut väittävät vain korkeintaan 3 kV). Suurten numeroiden käyttämisellä henkilöllä olisi noin 150 millijoulea energiaa "lataus". Täysin "varautunut" henkilö ei tavallisesti tiedä sitä, ja se pääsee purkautumaan murto-osaan ensimmäisestä saatavilla olevasta maadoitusreitistä, usein elektronisesta laitteesta.
Huomaa, että nämä numerot olettavat, ettei henkilö ole pukeutunut vaatteisiin, jotka pystyvät kantamaan lisämaksua, mikä yleensä tapahtuu. ESD-riskien ja energiatasojen laskentaan on olemassa erilaisia malleja, jotka ovat melko hämmentyneitä hyvin nopeasti, koska ne näyttävät olevan ristiriidassa toistensa kanssa joissakin tapauksissa. Tässä on linkki monien standardien ja mallien erinomaiseen keskusteluun.
Riippumatta siitä laskentatavan erityisestä menetelmästä, se ei ole eikä varmasti ole paljon energiaa, mutta nykyaikaisen transistorin tuhoaminen on enemmän kuin tarpeellista. Kontekstissa yksi energia joule vastaa Wikipediasta energiaa, joka tarvitaan keskisuurten tomaattien (100 grammaa) yhden metrin nostamaan pystysuoraan maapallon pinnalta.
Tämä kuuluu ihmisen ainoan ESD-tapahtuman "pahimpaan skenaarioon", jossa ihminen kantaa varauksen ja päästää sen herkälle laitteelle. Suhteellisen alhaisen varaustason korkea jännite ilmenee, kun henkilö on hyvin huonosti maadoitettu. Keskeinen tekijä siitä, mitä ja kuinka paljon vaurioituu, ei ole itse asiassa lataus tai jännite vaan nykyinen, mikä tässä yhteydessä voidaan ajatella kuinka vähäinen elektroniikkalaitteen polun maastoon kohdistuva vastus on.
Elektroniikan ympärillä työskentelevät ihmiset ovat yleensä maadoitettuja ranteen hihnoilla ja / tai maadoitushihoilla jaloillaan. Ne eivät ole "shortsit" maadoitukseen; vastus on mitoitettu estämään työntekijöitä toimimasta salamoina (helposti sähköiskun alla).Rannebändit ovat tyypillisesti 1M Ohm-alueella, mutta silti mahdollistaa minkä tahansa kertyneen energian nopean purkautumisen. Kapasitiiviset ja eristetyt esineet ja muut materiaalien tuottamiseen tai säilyttämiseen liittyvät varaukset erotetaan työalueista, kuten polystyreeniä, kuplivääriä ja muovikupoja.
On olemassa kirjaimellisesti lukemattomia muita materiaaleja ja tilanteita, jotka voivat johtaa ESD-vaurioihin (sekä positiivisista että negatiivisista suhteellisista varauksista) laitteeseen, jossa ihmiskeho ei itse kanna maksua "sisäisesti" vaan vain helpottaa sen liikkumista. Sarjakuva-tason esimerkki saattaa olla villapusero ja sukkia, kun matkustat matolle, sitten nostavat tai koskettavat metalliesineitä. Se luo huomattavasti suuremman määrän energiaa kuin itse laitos voisi tallentaa.
Viimeinen huomautus siitä, kuinka vähän energiaa se tarvitsee vaurioittaa nykyaikaista elektroniikkaa. 10 nm: n transistori (ei ole vielä yhteinen, mutta seuraavien parien vuosien aikana) on portin paksuus alle 6 nm, joka lähestyy sitä, mitä he kutsuvat yksikerrokseksi (yksi kerros atomeja).
Se on erittäin monimutkainen aihe, ja vaurion määrä, jonka ESD-tapahtuma voi aiheuttaa laitteelle, on vaikea ennustaa johtuen suuresta määrästä muuttujia, mukaan lukien purkausnopeus (kuinka paljon vastustuskykyä on latauksen ja maan välillä) , laitteen läpi kulkevien polkujen määrä, kosteus ja ympäristön lämpötilat ja paljon muuta. Kaikki nämä muuttujat voidaan liittää erilaisiin yhtälöihin, jotka voivat mallintaa vaikutuksen, mutta eivät ole kovin tarkkoja ennakoivan todellista vahinkoa vielä, mutta paremminkin mahdollisen vahingon määrittelystä tapahtumasta.
Monissa tapauksissa, ja tämä on hyvin teollisuuden erityistä (ajattele lääketieteellistä tai avaruusteollisuutta), ESD: n aiheuttama katastrofaalinen vika -tapahtuma on paljon parempi tulos kuin ESD-tapahtuma, joka läpäisee valmistuksen ja testaamisen huomaamatta. Huomattamattomat ESD-tapahtumat voivat aiheuttaa hyvin vähäisen virheen tai ehkä hieman pahentaa olemassa olevaa ja havaitsematonta piilevää vikaa, joka kummassakin skenaariossa voi pahentua ajan mittaan joko pienempien ESD-tapahtumien tai vain säännöllisen käytön vuoksi.
Ne aiheuttavat viime kädessä laitteen katastrofaalisen ja ennenaikaisen vaurioitumisen keinotekoisesti lyhennettynä ajanjaksona, jota ei voida ennakoida luotettavuusmalleilla (jotka ovat huolto- ja korvaussuunnitelmien perustana). Tämän vaaran vuoksi, ja on helppo kuvitella kauhistuttavia tilanteita (esim. Sydämentahdistimen mikroprosessori tai lennonohjausinstrumentit), jotka tulevat esiin tapoja testata ja mallintaa latentteja ESD-indusoituja vikoja, on tärkeä tutkimusalue juuri nyt.
Kuluttajalle, joka ei toimi tai tietää paljon elektroniikan valmistuksesta, ei välttämättä ole ongelma. Kun suurin osa elektroniikasta pakataan myyntiin, on olemassa lukuisia suojalausekkeita, jotka estäisivät useimmat ESD-vauriot. Herkät komponentit ovat fyysisesti esteettömiä ja käytettävissä on käteviä polkuja (eli tietokoneen runko on sidottu maahan, ESD: n purkautuminen siihen lähes varmasti ei vahingoita prosessorin sisäistä koteloa, vaan ottaa sen sijaan pienimmän vastusreitin maahan syöttöjännitteen ja seinäpistorasian kautta). Vaihtoehtoisesti ei ole mahdollista järkevää kantavuutta. monilla matkapuhelimilla ei ole johtavia ulkotiloja ja niillä on vain maaportaita, kun niitä ladataan.
Selvää, minun on mentävä ESD-koulutukseen kolmen kuukauden välein, joten voin vain jatkaa. Mielestäni tämän pitäisi riittää vastaamaan kysymykseesi. Uskon kaiken tämän vastauksen olevan täsmällinen, mutta suosittelen ehdottomasti lukea sitä suoraan, jotta voisin tutustua paremmin ilmiöön, jos en ole tuhonnut uteliaisuutesi hyväksi.
Yksi asia, että ihmiset löytävät vasta-intuitiivinen on, että pussit, joita usein pidät elektroniikan varastoimisessa ja toimittamisessa (antistaattiset pussit), ovat myös johtavat. Antistaattinen tarkoittaa, että materiaali ei kerää mielekästä maksua vuorovaikutuksessa muiden materiaalien kanssa. Mutta ESD-maailmassa on yhtä tärkeää (mahdollisimman paljon), että kaikilla on sama maadoitusjännite.
Työpinnat (ESD-matot), ESD-laukut ja muut materiaalit ovat tyypillisesti sidoksissa yhteiseen maahan, joko yksinkertaisesti ilman eristettyä materiaalia keskenään tai tarkemmin, kun johdotetaan matala vastusreitti maanpinnalle kaikkien työpenkkien välillä; työntekijöiden rannebändien, lattian ja joidenkin laitteiden liittimet. Tässä on turvallisuuskysymyksiä. Jos työskentelet suurien räjähteiden ja elektroniikan ympärillä, rannebändi saattaa olla sidottu suoraan maahan 1M ohmia vasten. Jos työskentelet erittäin korkealla jännitteellä, et luota itseesi ollenkaan.
Tässä on lainaus Ciscon ESD: n kustannuksista, mikä saattaa olla jopa hieman konservatiivinen, sillä Ciscon kenttävaurioista aiheutuvat vakuudelliset vahingot eivät tyypillisesti johda elämän menetykseen, mikä voi nostaa 100x: n suuruudeltaan merkittäviä tilauksia :
Onko jokin asia lisättävä selitykseen? Kuulkaa kommentit. Haluatko lukea lisää vastauksia muilta tech-tajuilta Stack Exchange-käyttäjiltä? Katso koko keskusteluketju täältä.
